一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置及方法，包括依次设置的激光输入端、准直扩束系统、分辨率板和CCD，采用激光照射分辨率板，产生包含物体信息的物光，并由CCD记录采集到的光强分布并产生全息图，利用分辨率板的同轴全息自聚焦技术，并结合波长与纪录距离或最佳再现距离的函数关系测量未知激光波长。本发明专利技术丰富了激光波长的测量方法，具有结构简单、成本低、计算波长自动化等优点，便于推广应用，可以大大缩短全息图采集时间，而且不需要其他的调焦装置，使系统变得简单高效，且测量波长具有较高的精度，可应用于工业测量领域，同时也可以应用到同轴全息和衍射传输等方向的教学实验中。和衍射传输等方向的教学实验中。和衍射传输等方向的教学实验中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种激光波长测量装置及方法，尤其涉及一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置及方法。

技术介绍

[0002]激光是自20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一伟大专利技术。它可使科学家们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得巨大的成果，从而促进人类社会生产力的发展。而随着现代激光技术的兴起，激光波长的测量也显得尤为重要，目前对于激光波长的测量已有多种方法，如根据双光束原理制成的迈克尔逊干涉仪，应用光栅测量激光波长等，但大部分实验装置仪器制造复杂，价格昂贵，并且操作繁琐，计算复杂。工业上迫切需要一种能够用简单易行的方法并且准确获得波长的方法。随着半导体和微电子技术的发展,光敏电子元件如图像传感器的像素点数、分辨率等性能不断提高,加上快速、大容量的飞速发展,数字全息这项技术的优势正在逐渐地显现出来,并受到越来越多研究者的重视。1994年U.Shnars和W.Juptner使用记录了漫反射物体的菲涅耳离轴数字全息图,并提出了一种数字再现快速算法——菲涅耳变换法。它利用一次快速傅里叶变换来实现菲涅耳衍射的计算,是目前数字再现最常用的快速算法之一。当今数字全息术的应用十分广泛，包括光学器件测量、精密电路板检测、生物细胞测量、粒度分析、数据存储等诸多领域。这为寻求激光波长测量方法提供一种新方向。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术目的是提供一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置及方法，实现简单快捷的测量波长。
[0004]技术方案：本专利技术包括依次设置的激光输入端、准直扩束系统、分辨率板和CCD，所述的激光输入端、准直扩束系统、分辨率板和CCD位于同一光轴上，采用激光照射分辨率板，产生包含物体信息的物光，并由CCD记录采集到的光强分布并产生全息图。
[0005]所述的准直扩束系统包括依次设置的第一透镜和第二透镜。
[0006]所述的分辨率板到CCD的距离固定时，不同波长的激光照射分辨率板后在CCD上得到的全息图不同。
[0007]所述的激光输入端能够更换不同的光源，激光波长测量的精度与自聚焦算法所选取的步长(即采样间隔Δd)相关，采样间隔Δd越小，精度越高。
[0008]一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的方法，包括以下步骤：
[0009](1)使用已知波长的激光作为光源，用CCD采集全息图a，利用自聚焦算法并代入已知波长求得实际距离d1；
[0010](2)保持实际距离d1不变，采用未知波长λ1的激光器作为光源，通过CCD采集全息图b；
[0011](3)利用全息图b，选取某一波长λ2计算得到对应该波长的距离d2；
[0012](4)根据公式λ1d1＝λ2d2，计算未知波长为：λ1＝λ2d2/d1。
[0013]所述的距离为再现距离或记录距离。
[0014]所述的实际距离即分辨率板到CCD的距离。
[0015]所述的实际距离范围为10mm≤d1≤100mm，以便更好的采集到分辨率板的同轴全息图。
[0016]所述未知波长的测量范围取决于CCD的感光范围，选取合适的CCD5可以测量可见光到红外波段的波长。
[0017]有益效果：本专利技术丰富了激光波长的测量方法，具有结构简单、成本低、计算波长自动化等优点，便于推广应用，可以大大缩短全息图采集时间，而且不需要其他的调焦装置，使系统变得简单高效，且测量波长具有较高的精度，可应用于工业测量领域，同时也可以应用到同轴全息和衍射传输等方向的教学实验中。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0020]如图1所示，本专利技术包括依次设置的激光输入端1，准直扩束系统(包括第一透镜2和第二透镜3)，分辨率板4和CCD5，激光输入端1，第一透镜2，第二透镜3，分辨率板4和CCD5位于同一光轴上，并固定于导轨之上，便于调节。
[0021]本专利技术将同轴数字全息应用到波长测量领域，并根据菲涅耳衍射积分公式建立了再现波长λ和再现距离d之间的联系，再利用自聚焦算法实现了波长计算的快速化和自动化，丰富了现有的测量波长的方法，装置结构简单，易于推广应用。自聚焦算法是指每间隔相同的距离Δd利用衍射积分公式计算一次再现图像，利用评价函数评价该图像的清晰度，通过计算找到清晰度最高的图像所对应的传输距离即为最佳再现距离。
[0022]采用波长为λ的单色平面波照射物体(分辨率板4)会产生包含物体信息的物光，发出的平面波穿过物面后形成强而均匀的平面波和弱的衍射波，这两部分满足相干条件，在距离物体一定位置处由CCD5记录采集到的光强分布并产生全息图。根据菲涅尔衍射积分公式，用计算机计算出再现光在全息图后的复振幅分布，并模拟衍射过程，利用自聚焦算法得到最清晰的再现像及其到CCD5的精确距离d。
[0023]当分辨率板4到CCD5的距离固定，不同波长的激光照射物体之后在CCD5上得到的全息图是不同的。利用菲涅耳衍射积分公式推导发现再现面的光强分布I
z
是关于λd的一个函数，可写作I
z
＝f(λd)，其中λ为激光波长，d为全息图到再现面的距离。对于某一个波长照射物体得到的全息图，利用不同的波长计算最佳再现距离(或计算记录距离)满足以下函数关系：λ1d1＝λ2d2，其中d1和d2分别为利用自聚焦算法代入λ1和λ2算出的最佳再现距离(或者记录距离)。
[0024]基于不同波长光波采集到的全息图经过再现后，由于物体未发生变化，理论上得到的复振幅分布信息相同，并结合菲涅尔衍射积分公式得到最佳再现距离(或记录距离)d与波长λ的关系。当一未知波长的光束经过该光学系统，在CCD上得到全息图并用计算机模
拟再现，根据距离d与波长λ的函数关系λ1d1＝λ2d2，通过计算便可以很好地求出该未知波长的大小。
[0025]本专利技术的激光波长测量方法包括以下步骤：
[0026](1)使用已知波长的激光作为光源，用CCD5采集全息图a，利用自聚焦算法并代入已知波长，求得实际记录距离d1，即分辨率板4到CCD5的距离，为了能更好的采集到分辨率板4的同轴全息图，分辨率板4到CCD5的距离范围为10mm≤d1≤100mm。
[0027](2)保持实际记录距离不变，采用未知波长λ1的激光器作为光源，通过CCD5采集全息图b，未知波长的测量范围取决于CCD5的感光范围，选取合适的CCD5可以测量可见光到红外波段的波长。
[0028](3)利用全息图b，选取某一波长λ2进行计算得到对应该波长的记录距离d2。
[0029](4)根据公式λ1d1＝λ2d2，计算未知波长为：λ1＝λ2d2/d1。
[0030]在上述测量波长过程中光学器件不需要移动，只需在激光输入端1更换不同的光源既可，激光波长测量的精度与自聚焦算法所选取的步长(即采样间隔Δd)相关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置，包括依次设置的激光输入端(1)、准直扩束系统、分辨率板(4)和CCD(5)，其特征在于，所述的激光输入端(1)、准直扩束系统、分辨率板(4)和CCD(5)位于同一光轴上，采用激光照射分辨率板(4)，产生包含物体信息的物光，并由CCD(5)记录采集到的光强分布并产生全息图。2.根据权利要求1所述的一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置，其特征在于，所述的准直扩束系统包括依次设置的第一透镜(2)和第二透镜(3)。3.根据权利要求1所述的一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置，其特征在于，所述的分辨率板(4)到CCD(5)的距离固定时，不同波长的激光照射分辨率板(4)后在CCD(5)上得到的全息图不同。4.根据权利要求1所述的一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的装置，其特征在于，所述的激光输入端(1)能够更换不同的光源。5.基于权利要求1～4任一项所述的一种基于同轴全息自聚焦技术测量激光波长的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明明，张凤，庄境坤，刘亚龙，窦健泰，胡友友，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：